清華曾堅(jiān)陽(yáng)研究組三維基因組研究成果入選2018年度“中國(guó)生物信息學(xué)十大進(jìn)展”

清華新聞網(wǎng)2月15日電 清華大學(xué)交叉信息研究院曾堅(jiān)陽(yáng)研究組2018年發(fā)表于英國(guó)著名期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）的三維基因組研究成果《基于流形學(xué)習(xí)的三維基因組結(jié)構(gòu)重構(gòu)》（Reconstructing spatial organizations of chromosomes through manifold learning），近日經(jīng)《基因組蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)報(bào)》，簡(jiǎn)稱(chēng)GPB（Genomics, Proteomics and Bioinformatics）評(píng)審，成功入選2018年度“中國(guó)生物信息學(xué)十大進(jìn)展”。

基因組在細(xì)胞核中以復(fù)雜的三維空間構(gòu)象的形式存在，這種三維構(gòu)象隨著細(xì)胞狀態(tài)和時(shí)間不斷地發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，通常反映了基因組中不同區(qū)域發(fā)生相互作用的情況。三維基因組結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含著非常豐富的信息，與細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)生物過(guò)程相關(guān)聯(lián)，例如基因的轉(zhuǎn)錄、染色體的可接近性、DNA的甲基化以及表觀(guān)遺傳具有密切的關(guān)系，甚至有研究發(fā)現(xiàn)不同的基因組三維構(gòu)象在疾病中作用也大不相同。因此，解析基因組的三維結(jié)構(gòu)對(duì)研究基因調(diào)控有著重要意義。近年來(lái)，基于高通量測(cè)序技術(shù)（例如Hi-C）的三維基因組建模方法得到了廣泛研究，然而大部分方法都依賴(lài)于對(duì)基因相互作用頻率與染色體空間距離之間的關(guān)系進(jìn)行假設(shè)。

三維基因組研究示意圖

曾堅(jiān)陽(yáng)研究組首次基于流形學(xué)習(xí)直接將基因相互作用數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)的歐幾里得空間，并結(jié)合生物分子能量規(guī)律，對(duì)三維基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。該方法在模擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)數(shù)據(jù)上的基因組建模精度均顯著超過(guò)了已有的方法，并且能夠準(zhǔn)確地還原出基因相互作用頻率與染色體空間距離之間的關(guān)系函數(shù)。此外，該方法首次利用解出的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)一步重構(gòu)出了測(cè)序?qū)嶒?yàn)中丟失的基因相互作用數(shù)據(jù)，利用該方法重構(gòu)出的基因相互作用數(shù)據(jù)大部分都能從已知的數(shù)據(jù)中獲得證實(shí)。

《核酸研究》是國(guó)際核酸研究領(lǐng)域的權(quán)威專(zhuān)業(yè)期刊，2018年度影響因子為11.561；GPB是由中國(guó)科學(xué)院主管、中科院北京基因組所與中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)共同主辦的英文版核心期刊。此項(xiàng)工作同以色列希伯來(lái)大學(xué)的Tommy Kaplan教授和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Jian Peng教授合作完成。論文的第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院直博生朱廣翔，論文通訊作者為交叉信息院曾堅(jiān)陽(yáng)副教授。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心的經(jīng)費(fèi)支持。

論文鏈接：

https://academic.oup.com/nar/article/46/8/e50/4835049

供稿：交叉信息研究院 編輯：李華山 審核：盧小兵